[論文レビュー] Multifrequency VLBA study of the blazar S5 0716+714 during the active state in 2004 II. Large-scale jet kinematics and the comparison of the different methods of VLBI data imaging as applied to kinematic studies of AGN

Elizaveta Rastorgueva-Foi, K. Wiik+5 more|arXiv (Cornell University)|Feb 2, 2011

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 31被引用数 11

ひとこと要約

本研究は、S5 0716+714のblazarにおける6か月間の5 GHz VLBA観測を分析し、大規模ジェット運動を調査する。CLEANベースと一般化最大エントロピー法（GMEM）を用いた画像化手法を比較した。両手法とも一貫した結果を示した：0–12 masのジェットは拡散的で滑らかで、主に静止的であり、1 mas以降には遅く、弱い成分が見られる。これはジェットが視線からの角度を約5°から約11°に湾曲させることに起因し、これが見かけの速度と明るさに影響を与えている可能性がある。

ABSTRACT

We study the jet kinematics of the blazar S5 0716+714 during its active state in 2003-2004 with multi-epoch VLBI observations. Aims. We present a kinematic analysis of the large-scale (0-12 mas) jet of 0716+714, based on the results of six epochs of VLBA monitoring at 5 GHz. Additionally, we compare kinematic results obtained with two imaging methods based on different deconvolution algorithms. The blazar 0716+714 has a diffuse large-scale jet and a very faint bright compact core. Experiments with simulated data showed that the conventional data reduction procedure based on the CLEAN deconvolution algorithm does not perform well in restoring this type of structure. This might be the reason why previous kinematic studies of this source yielded ambiguous results. In order to obtain accurate kinematics of this source, we independently applied two imaging techniques to the raw data: the conventional method, based on difference mapping, which uses CLEAN deconvolution, and the generalized maximum entropy method (GMEM) realized in the VLBImager package developed at the Pulkovo Observatory in Russia. The results of both methods give us a consistent kinematic scenario: the large-scale jet of 0716+714 is diffuse and stationary. Differences between the inner (0-1 mas) and outer (1-12 mas) regions of the jet in brightness and velocity of the components could be explained by the bending of the jet, which causes the angle between the jet direction and the line of sight to change from ~5 deg to ~11 deg. For the source 0716+714 both methods worked at the limit of their capability.

研究の動機と目的

• S5 0716+714の大規模ジェットの運動論的解釈の矛盾を解消すること、特に高速移動モデルと静止モデルの間の対立を解消すること。
• VLBIデータにおける弱く拡散的なジェット構造を再構築する際、従来のCLEANベースの画像化手法と一般化最大エントロピー法（GMEM）の性能を評価すること。
• 5 GHzで月次的に密にモニタリングされたデータを用いて、S5 0716+714の0–12 mas領域における正確なジェット成分の位置と運動論的特性を特定すること。
• 内側（0–1 mas）と外側（1–12 mas）のジェット領域における成分の明るさと見かけの速度の違いが、内因的ジェット運動ではなく、ジェット湾曲といった幾何的効果によるものかどうかを評価すること。

提案手法

• 6エポックの5 GHz VLBAデータに、2つの独立した画像化手法を適用した：(1) 自己校正とModelfitを用いたDifmapによる従来のCLEANの非定常化処理、(2) Pulkovo VLBImagerパッケージを用いたGMEM処理と画像面でのモデルフィッティング。
• 両手法の動的範囲を向上させ、特に弱い拡散放射の検出を向上させるために、差分マッピングを用いた。
• 運動論的解析のための位置精度とガウスモデルフィッティングを向上させるために、元のGMEM解を0.5 × 0.5 masのビームで畳み込み処理を行った。
• 成分の位置とフラックス密度をエポックごとに追跡することで、見かけの速度と明るさの傾向を導出する運動論的モデリングを実施した。
• 一定のジェット速度を仮定し、視線角を変化させることで、見かけの速度とフラックス比の変化をモデル化し、ビーミング係数とローレンツ因子を評価した。
• 明るい核と弱く拡散的なジェットを持つシナリオを想定したシミュレーテッドデータを用いて、手法の性能を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 一般化最大エントロピー法（GMEM）は、AGNにおける弱く拡散的なジェットに対して、従来のCLEANベース手法よりも正確な運動論的結果を提供できるか？
• RQ2 S5 0716+714の大規模ジェット（0–12 mas）は静止状態にあるのか、それとも以前に示唆されたように超光速運動を示しているのか？
• RQ3 内側（0–1 mas）と外側（1–12 mas）のジェット領域における成分の明るさと見かけの速度の違いは、内因的ジェットダイナミクスに起因するのか、それともジェット湾曲といった幾何的効果に起因するのか？
• RQ4 内側と外側のジェット領域におけるジェットと視線の間の角度は推定されるか？その角度が観測されるビーミングと見かけの速度にどのように影響を与えるか？

主な発見

• GMEM手法は、特に明るい核の周辺で弱い拡散放射を再構築するのが苦手なCLEAN手法に比べ、より滑らかで正確な拡散ジェットの画像を生成した。
• 両画像化手法とも一貫した運動論的結果を示した：大規模ジェット（1–12 mas）は主に静止的であり、位置のばらつきが大きく、顕著な全体的運動は認められなかった。
• 1 mas以降のジェット成分は、内側ジェット（0–1 mas）の成分よりも系統的に弱く、遅い。内側領域では見かけの速度がβ_app ≈ 10 c程度、外側領域では低値を示した。
• 観測された運動論的差異は、核からの約1 mas付近でジェットが湾曲し、視線からの角度が約5°から約11°に増加することに起因すると最もよく説明できる。これによりビーミング効果と見かけの速度が低下する。
• ジェットの推定ローレンツ因子はΓ ≈ 30.0であり、電波変動性研究と整合的である。ビーミング係数は視線角の変化に伴い、約7から約2に低下した。
• 従来のCLEAN手法は、拡散放射の再構築が不十分なため、成分の位置が不正確であった。一方、GMEMは高分解能で信頼性の高いモデルを提供し、弱く拡散的な源の運動論的分析に適していた。